张 静, 杨惠珍, 郝莉莉, 康凤举



基于Jacobi几何向量的多AUV编队控制方法

张 静1,2, 杨惠珍1,2, 郝莉莉1,2, 康凤举1,2

(1. 西北工业大学 航海学院, 陕西 西安, 710072; 2. 水下信息与控制重点实验室, 陕西 西安, 710072)

研究了多自主水下航行器(MAUV)系统的水平面动力学建模和系统编队控制问题。从单个自主水下航行器的动力学和运动学模型出发, 通过引入Jacobi几何向量建立了MAUV系统的水平面动力学模型; 结合典型水下航行器全方位智能导器(ODIN)的流体动力参数, 将系统模型解耦为3个线性子系统——编队队形、编队运动(即编队中心点的运动)及航行器转向子系统, 并采用线性状态反馈法设计了运动控制器和转向控制器。仿真结果表明, 该算法可以控制MAUV系统在保持编队队形的基础上跟踪已知路径。

多自主水下航行器(MAUV); 编队控制; Jacobi几何向量; 全方位智能导航器(ODIN); 线性反馈控制

0 引言

自主水下航行器(autonomous underwater vehicle, AUV)是一种智能化、自主航行、可根据任务使命要求进行模块优化组合、实现多种功能的集成系统[1], 其应用领域遍及海洋水文探测、海洋石油勘探与开采、水下考古和水下搜救等。多自主水下航行器（MAUV）系统通过各AUV间的协调合作可更可靠、快速地完成工作任务。因此受到国内外学者的高度重视。编队控制作为研究MAUV系统的基础性问题, 近年来取得了大量的研究成果[2-10]。

目前编队控制常见做法是将控制对象的运动模型简化为2阶粒子模型[2-8]。由于控制对象的实际模型远比2阶微分方程复杂, 因而编队控制方法在实际工程应用中仍面临相当大的挑战。……